CN104251632B - 扭片翅片管及其翅片管换热管束 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种扭片翅片管及其翅片管换热管束，扭齿翅片管包括：基管部和翅片部，基管部，以及翅片部，其中，翅片部包含多个沿预定路径固定设置在外壁上并沿基管径向向外延伸的扭片，和多个形成在沿预定路径方向上相邻的两个扭片之间并延伸至基管外壁的开口槽，翅片部的这种结构使得翅片管的翅化比得到大幅提高，同时，扭片顶端相对于底端扭转一定角度，大幅度增强了翅片对管外气流的扰动和换热，使得扭片翅片管具有优异的强化换热性能。

Description

扭片翅片管及其翅片管换热管束

技术领域

本发明涉及一种翅片管，具体涉及一种扭片翅片管及其翅片管换热管束。

背景技术

螺旋翅片管和钉翅管统称为扩面管，是一种分别通过在基管上缠绕翅片或焊接钉头的方法来达到增加换热面积的传热元件。广泛应用于石油、化工、电力、冶金、纺织等行业的换热装置中。

螺旋翅片管由带状金属翅片在基管表面螺旋缠绕而成。螺旋翅片管制造方便且翅化比较大，可明显降低管外气体侧换热热阻，因此在各类气体换热装置中被广泛应用。按翅片管强化换热基本原理，提高换热管翅化比可降低管外气体侧热阻，从而使换热管束的金属耗量更少、体积更紧凑。提高螺旋翅片管翅化比可通过减小翅片间距和提高翅片高度二种途径实现。然而，翅片间距的减小受到管外气流含灰含尘情况的限制，过小的翅片间距会使翅片管在工作中严重堵灰。同时，翅片高度的提高受到翅片金属延展性的限制，尤其对于钢质翅片，为保证翅片管制造时不发生翅片顶部歪斜或撕裂等，不得不选用很低的翅片高度，以及相应较低的换热管翅化比。

钉翅管由基管外焊接大量销钉状翅片而成。与螺旋翅片管相比，作为翅片的销钉长度不会受到金属延展性较低的限制，因此可通过增加销钉的长度增大翅片管有效传热面积，而且，管外气流易于渗入翅片根部充分冲刷翅片表面，抗积灰性能较优。但是，钉翅管上的销钉通常为圆柱形结构，与螺旋翅片管相比，换热管翅化比较小。另外，由于销钉与基管焊接时需要一根根地单独焊接，制造效率低下，使得钉翅管的制造成本较高。

针对上述螺旋翅片管和钉翅管的不足，现有技术公开了一种L型锯齿螺旋翅片管。这种L型锯齿螺旋翅片管在开齿翅片绕制前需增加一道翅片折弯工序，在翅片开齿段与连续段交界处进行折弯，绕制时翅根折弯部分与基管表面紧贴，绕制后锯齿的径向长度与翅片的径向长度相等，即锯齿延伸至基管的外侧壁。由于开齿翅片绕制时可自然张开，避免了带状连续翅片绕制时的翅片金属变形，因而L型锯齿螺旋翅片管易于制造。L型锯齿螺旋翅片管在结构特征上与钉翅管相似，但此时钉翅是矩形截面的片状翅片，故与传统销钉翅片管相比翅化比较大；而且，由于L型锯齿螺旋翅片管由开齿翅片连续缠绕制得，故翅片管制造成本较传统销钉翅片管大幅降低。另外，L型锯齿螺旋翅片管中翅片与基管之间的连接面积较大，有利于翅片与基管通过焊接牢固连接。

上述L型锯齿螺旋翅片管虽然对增大螺旋翅片管翅化比和降低制造难度有利，然而，由于L型锯齿螺旋翅片管中的锯齿为平直翅片，锯齿走向与翅片螺旋缠绕的走向基本平行，故在相同的翅片管结构及管束布置结构下，L型锯齿螺旋翅片管束的“换热量/流体输运功耗”综合换热性能与传统的连续螺旋翅片管束近于相同。这主要是因为平直状锯齿对基管外气流的扰动作用微弱，进而对翅片表面对流换热的强化效果较差所致。因而在相同的翅片管金属耗量下比较时，这种锯齿螺旋翅片管的强化换热效果十分有限。

发明内容

本发明是为了解决上述课题而进行的，目的在于提供一种对基管外气流能够有效扰动并强化换热的扭片翅片管及其翅片管换热管束，从而在实现螺旋翅片管易于制造和翅化比更大的基础上，进一步提高螺旋翅片管“换热量/流体输运功耗”综合换热性能。

为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

<结构一>

本发明提供了一种扭片翅片管，具有这样的特征，包括：基管部，以及翅片部，沿着预定路径围绕基管部的外壁螺旋设置，其中，翅片部包含多个沿预定路径固定设置在外壁上并沿基管径向向外延伸的扭片，和多个形成在沿预定路径方向上相邻的两个扭片之间的开口槽，扭片的顶端相对于预定路径扭转一定角度，开口槽延伸至基管部的外壁。

在本发明提供的扭片翅片管中，还可以具有这样的特征：其中，扭片的下片体弯折固定在外壁上，上片体沿基管径向向外延伸。

在本发明提供的扭片翅片管中，还可以具有这样的特征：其中，扭片扭转角度的范围为1°至90°。

在本发明提供的扭片翅片管中，还可以具有这样的特征：其中，每相邻的两个扭片的扭转方向为相同和相反中的任意一种。

在本发明提供的扭片翅片管中，还可以具有这样的特征：其中，每相邻两个扭片扭转的角度不同。

在本发明提供的扭片翅片管中，还可以具有这样的特征：其中，顶端的顶缘为呈梯形，圆弧形，锯齿形，波浪形中的任意一种形状。

在本发明提供的扭片翅片管中，还可以具有这样的特征：其中，多个开口槽中至少一个开口槽的形状与其它开口槽的形状不同。

在本发明提供的扭片翅片管中，还可以具有这样的特征：其中，扭片的侧壁具有凹凸不平的表面。

<结构二>

进一步地，本发明还提供了一种扭片翅片管，具有这样的特征，包括：基管部，呈圆管状；以及翅片部，包含多圈分别沿基管部的轴向以预定间距套装在基管部的外壁上的翅片，其中，每圈翅片包含多个固定设置在外壁上并沿基管径向向外延伸的扭片，和多个形成在每相邻的两个扭片之间的开口槽，扭片的顶端相对于底端扭转一定角度，开口槽延伸至基管部的外壁。

在本发明提供的扭片翅片管中，还可以具有这样的特征：其中，扭片的下片体弯折固定在外壁上；上片体沿基管径向向外延伸。

在本发明提供的扭片翅片管中，还可以具有这样的特征：其中，扭片扭转角度的范围为1°至90°。

在本发明提供的扭片翅片管中，还可以具有这样的特征：其中，每相邻的两个扭片的扭转方向为相同和相反中的任意一种。

在本发明提供的扭片翅片管中，还可以具有这样的特征：其中，每相邻两个扭片扭转的角度不同。

在本发明提供的扭片翅片管中，还可以具有这样的特征：其中，顶端的顶缘为呈梯形，圆弧形，锯齿形，波浪形中的任意一种形状。

在本发明提供的扭片翅片管中，还可以具有这样的特征：其中，多个开口槽中至少一个开口槽的形状与其它开口槽的形状不同。

在本发明提供的扭片翅片管中，还可以具有这样的特征：其中，扭片的侧壁具有凹凸不平的表面。

<结构三>

更进一步地，本发明还提供了一种翅片管换热管束，具有这样的特征，包括：至少三个扭片翅片管，其中，扭片翅片管为<结构一>和<结构二>中的任意一种扭片翅片管，翅片管换热管束为顺列布置，错列布置以及不等间距布置中的任意一种。

发明的作用与效果

根据本发明提供的扭片翅片管，因为翅片部设置在基管部的外壁上，翅片部的多个扭片向基管部的外部延伸，并且每相邻的两个扭片之间形成由基管部的外壁处一直延伸到扭片的顶端处的开口槽，使得扭片翅片管可选用较大的翅片高度从而使螺旋翅片管的翅化比得到大幅提高，同时降低了扭片翅片管的制造难度，另外，扭片的顶端相对于预定路径扭转一定角度，这种扭片在明显强化翅间流体横向混合的同时，对气流纵向绕流翅片管换热管束的流场周期性地进行横向扰动，从而使得翅片侧换热得到显著增强，而且，扭片的扭转角度具有沿扭片的底端至顶端逐渐增大的结构特点，使得扭片对翅片顶部区域流体的扰动较强，对靠近基管部翅片根部区域流体的扰动较弱，这与流体横掠翅片管束绕流流场中靠近基管部翅片根部区域流体湍流度较高不宜横向扰动过大，而翅片顶部区域流体湍流度较低宜强化其横向扰动及换热的固有特点正好吻合，由此在较小的流体输运功耗增加下获得了较大的换热量增大收益，达到了翅片管束管外流动与换热的最佳组织，使得扭片翅片管的“换热量/流体输运功耗”综合换热性能得以明显提高。

附图说明

图1为本发明的实施例一中翅片管换热管束的结构示意图；

图2为本发明的实施例一中扭片翅片管的结构示意图；

图3为图2中的沿A方向所观察到的螺旋翅片管的结构示意图；

图4为本发明的实施例一中翅片部的结构示意图；

图5为图4中的沿B方向所观察到的翅片部的结构示意图；

图6为本发明的变形例一中翅片部的结构示意图；

图7为图6中的沿C方向所观察到的翅片部的结构示意图；

图8为本发明的变形例二中扭片翅片管的结构示意图；

图9为本发明的变形例三中上片体的结构示意图；

图10为本发明的变形例四中上片体的结构示意图；

图11为本发明的变形例五中上片体的结构示意图；

图12为本发明的变形例六中上片体的结构示意图；

图13为本发明的变形例七中上片体的结构示意图；

图14为本发明的变形例八中上片体的结构示意图；

图15为本发明的变形例九中上片体的结构示意图；

图16为本发明的变形例十中上片体的结构示意图；

图17为本发明的变形例十一中上片体的结构示意图；以及

图18为本发明的变形例十二中上片体的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明作具体阐述。

实施例一

图1为本发明的实施例一中翅片管换热管束的结构示意图。

如图1所示，错列布置的翅片管换热管束100具有3个排列成两行结构的扭片翅片管200。

图2为本发明的实施例一中扭片翅片管的结构示意图。

如图2所示，扭片翅片管200包括：基管部1和翅片部2，

基管部1为圆管形，内充有流动换热工质。翅片部2环绕在基管部1的外壁上。

根据应用场合的不同，基管部1的直径范围为在10毫米和1000毫米之间。

图3为图2中的沿A方向所观察到的螺旋翅片管的结构示意图。

如图2和图3所示，将图1中的翅片部2与基管部1进行连接时，翅片部2沿着预定路径围绕基管部1的外壁螺旋设置。沿基管部1的长度方向相邻翅片部2之间的间距随螺旋升角的增大而增大。翅片部2包含多个扭片3，每个扭片3分别沿预定路径固定设置在基管部1的外壁上并且向外延伸。

图4为本发明的实施例一中翅片部的结构示意图。

如图4所示，图3中的扭片3包含：上片体5和下片体6。

翅片部2由被折弯成L形的钢带制成，钢带的厚度为0.01毫米至10毫米。未螺旋缠绕在基管部1上时，按一定间距对钢带的一侧进行局部切割被开齿，开齿后形成多个间隔一致的上片体5和连续一体的下片体6。

上片体5的径向长度范围设定在5毫米至200毫米之间，宽度设定为2毫米至200毫米之间。为了得到较大的翅化比，多个上片体5分别沿着基管部1的径向尽可能地向外延伸，连续形成的下片体6沿预定路径与基管部1的外壁被连接缠绕成一体。

如图3和图4所示，在翅片部2和基管部1的连接过程中，被切口的钢带自然张开，每相邻的两个扭片3之间形成了V字形的开口槽4，开口槽4的延伸方向与上片体5的延伸方向一致，开口槽4的底端延伸至基管部1的外壁。

图5为图4中的沿B方向所观察到的翅片部的结构示意图。

如图5所示，上片体5远离基管部1的外壁的一端定义为顶端51，与下片体6相连接的一端定义为底端52。

上片体5经过滚压或冲压加工后，每个上片体5的顶端51相对于底端52都向图5中所示的逆时针方向扭转一定角度θ，将扭上片体5的顶端51与预定路径之间的偏转角度定义为角度θ。角度θ的范围可为1°至90°中的任意一个角度值。

由于翅片部2上设有等间隔的开口槽4，使得上片体5的长度延长不会受金属延展性较低造成顶端51发生塑性变形或被撕裂的影响，可增大扭片翅片管200的翅化比。

由于上片体5的底端52是与下片体6一体形成的，又由于在本实施例中，翅片部2与基管部1在缠绕连接时，底端52的走向与焊接翅片部2的预定路径方向一致的，所以，上片体5的顶端51也就是相对于焊接翅片部2的预定路径扭转了相同的角度θ。

由于上片体5的顶端51相对于预定路径扭转一定角度，因而待冷却气体在上片体5的顶端51处受到的阻力相对变大，待冷却气体的流速减小；上片体5在与基管部1相接触的底端部52与预定路径一致，因而待冷却气体在上片体5的底端52处受到的阻力极小，待冷却气体的流速大；这种顶端51相对于预定路径扭转一定角度的扭片以大幅度增强了翅片部2对基管部1外侧气流的扰动和换热，使得扭片翅片管200具有优异的强化换热性能。

实施例一的作用与效果

根据实施例一提供的翅片管换热管束由多个扭片翅片管错列布置形成，在扭片翅片管中，L形的翅片部沿预定路径螺旋设置在基管部的外壁上，翅片部的多个扭片向基管的外部延伸，并且每相邻的两个扭片之间形成由基管部的外壁处一直延伸到扭片的顶端处的开口槽；另外，由于上片体的顶端相对于预定路径扭转一定角度，扭片在明显强化翅间流体横向混合的同时，对气流纵向绕流翅片管换热管束的流场周期性地进行横向扰动，从而使得翅片侧换热得到显著增强，而且，上片体扭转的角度具有沿底端至顶端逐渐增大的结构特点，使得对上片体的顶端处流体的扰动较强，对靠近基管部流体的扰动较弱，这与流体横掠翅片管换热管束绕流流场中靠近基管部翅片根部区域流体的湍流度较高不宜横向扰动过大，而靠近上片体顶端区域流体的湍流度较低宜强化其横向扰动及换热的固有特点正好吻合，由此在较小的流体输运功耗增加下获得了较大的换热量增大收益，达到了翅片管束管外流动与换热的最佳组织，使得扭齿螺旋翅片管或由其组成的翅片管束的“换热量/流体输运功耗”综合换热性能得以明显提高。

当然本发明所涉及的扭片翅片管及翅片管换热管束并不仅仅限定于在本实施例中的结构。

实施例一和提供的翅片管换热管束由多个相同的扭片翅片管错列布置组成，当然本发明所涉及的翅片管换热管束还可以是由多个相同的扭齿翅片管顺列布置组成或不等间距布置组成。

在实施例一中，翅片部由钢带制造，本发明提供的扭片翅片管中，翅片部还可以是由铜合金或铝合金等任意一种软质金属带制造。

在实施例一中，每个开口槽的形状相同，本发明提供的扭片翅片管中，也可以是至少有一个开口槽的形状与其它开口槽的形状不同，或者是各个开口槽的形状都不相同。

在实施例一中，利用同向扭转的扭片翅片管来形成顺列布置的翅片管换热管束，在本发明提供的翅片管换热管束中，顺列布置的翅片管换热管束、错列布置的翅片管换热管束可以分别包含：同向扭转的扭片翅片管、或者错向扭转的扭片翅片管、或者上述二者的任意组合，并且扭片翅片管的螺旋升角的方向可相同也可不同。

在实施例一中提供的扭片翅片管中，上片体的扭转方向一致，本发明提供的扭片翅片管中，上片体的扭转方向还可以不同，见变形例一。

在实施例一中提供的扭片翅片管中，翅片部沿着预定路径围绕基管部的外壁螺旋设置，本发明提供的扭片翅片管中，翅片部包含多圈环状的翅片，且与实施例一中的螺旋设置的翅片部的换热效果相同，见变形例二。

在实施例一和变形例一中提供的扭片翅片管中，上片体的上下侧壁为光滑的表面，本发明提供的扭片翅片管中，上片体还可以具有高低不一致的顶缘或者是凹凸不平的表面，见变形例三至变形例十二。

变形例一

在本变形例一中，对于和实施例一中相同的结构，给予相同的符号，并省略相同的说明。

本实施例中的翅片部2包含：上片体7和下片体6。

图6为本发明的变形例中翅片部的结构示意图。

如图6所示，对多个上片体7进行滚压或冲压加工时，使得每相邻两个上片体7进一步向扭转方向相反的方向旋转。

图7为图6中的沿C方向所观察到的翅片部的结构示意图。

如图7所示，左侧第一个上片体7的顶端71相对于底端72沿图7中的逆时针扭转角度θ，与左侧第一个上片体7相邻的上片体7的顶端71相对于底端72沿图7中的顺时针扭转角度θ，相应的，翅片部2上每相邻的两个上片体7分别沿图7中的顺时针方向和逆时针方向扭转角度θ，这种错向扭转的上片体7使得待冷却气体在冲刷翅片部2时受到上片体7的扰动更强烈，换热更充分。

变形例二

同样的，在本变形例二对于和实施例一中相同的结构，给予相同的符号，并省略相同的说明。

图8为为本发明的变形例二中扭片翅片管的结构示意图。

如图8所示，扭片翅片管300包括：圆管状的基管部301和翅片部302.

翅片部302包含多圈分别沿基管部301的轴向以预定间距套装在基管部301的外壁上的翅片。

其中，每圈翅片包含多个扭片303和多个开口槽。

扭片303固定设置在外壁上并向外延伸，每个开口槽形成在每相邻的两个扭片303之间，并且扭片303的顶端相对于底端扭转一定角度。

变形例三

同样的，在本变形例三对于和实施例一中相同的结构，给予相同的符号，并省略相同的说明。

图9为本发明的变形例三中上片体的结构示意图。

如图9所示，上片体11的顶端具有梯形状的顶缘111。

变形例四

同样的，在本变形例四对于和实施例一中相同的结构，给予相同的符号，并省略相同的说明。

图10为本发明的变形例四中上片体的结构示意图。

如图10所示，上片体12的顶端具有圆弧形的顶缘121。

变形例五

同样的，在本变形例五对于和实施例一中相同的结构，给予相同的符号，并省略相同的说明。

图11为本发明的变形例五中上片体的结构示意图。

如图11所示，上片体13的顶端具有波浪形的顶缘131。

变形例六

同样的，在本变形例六对于和实施例一中相同的结构，给予相同的符号，并省略相同的说明。

图12为本发明的变形例六中上片体的结构示意图。

如图12所示，上片体14的顶端具有锯齿形的顶缘141。

变形例三至变形例六的作用和效果

根据变形例三至变形例六提供的扭片翅片管中，通过在上片体的顶端设置高低不平的顶缘以增强对翅片侧的气体扰动，以强化换热效果。

变形例七

同样的，在本变形例七对于和实施例一中相同的结构，给予相同的符号，并省略相同的说明。

图13为本发明的变形例七中上片体的结构示意图。

如图13所示，上片体21的两侧壁都具有网格形的凹痕211。

变形例八

同样的，在本变形例八对于和实施例一中相同的结构，给予相同的符号，并省略相同的说明。

图14为本发明的变形例八中上片体的结构示意图。

如图14所示，上片体22的两侧壁都具有人字形的凹痕221。

变形例九

同样的，在本变形例九对于和实施例一中相同的结构，给予相同的符号，并省略相同的说明。

图15为本发明的变形例九中上片体的结构示意图。

如图15所示，上片体23的两侧壁都具有长条形的凹痕231。

变形例十

同样的，在本变形例十对于和实施例一中相同的结构，给予相同的符号，并省略相同的说明。

图16为本发明的变形例十中上片体的结构示意图。

如图16所示，上片体24的两侧壁都具有波浪形的凹痕241。

变形例十一

同样的，在本变形例十一对于和实施例一中相同的结构，给予相同的符号，并省略相同的说明。

图17为本发明的变形例十一中上片体的结构示意图。

如图17所示，上片体25的两侧壁都具有一字型的凹槽251。

变形例十二

同样的，在本变形例十二对于和实施例一中相同的结构，给予相同的符号，并省略相同的说明。

图18为本发明的变形例十二中上片体的结构示意图。

如图18所示，上片体26的两侧壁都具有十字型的凹槽261。

变形例七至变形例十二的作用和效果

根据变形例七至变形例十二提供的扭片翅片管中，通过在上片体的两侧壁设置凹痕或凹槽以形成了两侧壁上凹凸不平的表面，这些凹凸不平的表面使得两侧壁的表面积变大，增强了上片体的两侧的气流扰动，强化了换热效果。

Claims (10)

1.一种扭片翅片管,其特征在于，包括：

基管部，呈圆管状；以及

翅片部，沿着预定路径围绕所述基管部的外壁螺旋设置，

其中，所述翅片部包含多个沿所述预定路径固定设置在所述外壁上并向外延伸的扭片，和多个形成在沿所述预定路径方向上相邻的两个扭片之间的开口槽，

所述扭片的顶端相对于所述预定路径扭转一定角度，并且所述扭片的扭转角度沿所述扭片的底端至所述顶端逐渐增大，所述开口槽的底端延伸至所述外壁。

2.一种扭片翅片管,其特征在于，包括：

基管部，呈圆管状；以及

翅片部，包含多圈分别沿所述基管部的轴向以预定间距套装在所述基管部的外壁上的翅片，

其中，每圈所述翅片包含多个固定设置在所述外壁上并向外延伸的扭片，和多个形成在每相邻的两个扭片之间的开口槽，

所述扭片的顶端相对于底端扭转一定角度，并且所述扭片的扭转角度沿所述扭片的底端至所述顶端逐渐增大，所述开口槽的底端延伸至所述外壁。

3.根据权利要求1或2所述的扭片翅片管，其特征在于：

其中，所述扭片的下片体弯折固定在所述外壁上，上片体向外延伸。

4.根据权利要求1或2所述的扭片翅片管，其特征在于：

其中，所述角度的范围为1°至90°，

所述基管部的直径范围为在10毫米和1000毫米之间，

所述扭片包含：上片体和下片体，

所述上片体的径向长度范围在5毫米至200毫米之间，宽度范围在2毫米至200毫米之间。

5.根据权利要求1或2所述的扭片翅片管，其特征在于：

其中，每相邻的两个所述扭片的扭转方向为相同和相反中的任意一种。

6.根据权利要求1或2所述的扭片翅片管，其特征在于：

其中，每相邻两个所述扭片扭转的角度不同。

7.根据权利要求1或2所述的扭片翅片管，其特征在于：

其中，所述顶端的顶缘为呈梯形，圆弧形，锯齿形，波浪形中的任意一种形状。

8.根据权利要求1或2所述的扭片翅片管，其特征在于：

其中，所述多个开口槽中至少一个所述开口槽的形状与其它所述开口槽的形状不同。

9.根据权利要求1或2所述的扭片翅片管，其特征在于：

其中，所述扭片的侧壁具有凹凸不平的表面。

10.一种翅片管换热管束，其特征在于，包括：

至少三个扭片翅片管，

其中，所述扭片翅片管为上述权利要求1至权利要求9中任意一项所述的扭片翅片管；

所述翅片管换热管束为顺列布置，错列布置或者不等间距布置中的任意一种。